杉花根大桥下承式系杆拱桥设计

杉花根大桥下承式系杆拱桥设计

摘要：该文介绍了杉花根大桥主桥的设计特点，该主桥为跨径100m的下承式系拱桥，采用少支架的先梁后拱法施工。

关键词：系杆拱桥；先梁后拱法施工；钢箱拱肋

1 工程概况

杉花根大桥工程是广西藤县城区连接田寮新区和河东新区的一条重要通道，桥梁上跨北流河，河道通航标准为v级航道。考虑景观及通航需求，经初设阶段方案比选，主桥采用单跨100米下承式简支系杆拱桥。两侧引桥分别跨越两岸环岛路和滨江路，受桥下道路分幅影响，分别采用了整幅小箱梁和分幅现浇箱梁的结构型式。全桥桥长为432.88m。

2 主桥设计要点

2.1 主桥上部结构

主桥结构形式为单跨100m下承式钢箱拱肋简支系杆拱桥,见下图1、图2，计算矢高20m，矢跨比1/5，拱轴线形采用悬链线，拱轴系数m=1.305；主桥标准段宽为23m，拱脚处加宽为24.4m。

1) 拱肋

拱肋为等截面钢箱结构，两片拱平行设置，拱轴线间距17.7m。拱肋内宽1.2m，内高2.2m。拱肋顶、底、腹板厚24～40mm。纵向加劲肋采用高200mm、厚20mm的板肋。拱肋沿拱轴线方向设置横隔

板，横隔板与拱轴线切线方向垂直设置，板厚14mm。

吊索锚固在拱肋钢箱内，在两侧拱肋腹板间焊接两块竖向隔板，隔板顶端焊接一块水平锚板，形成吊杆锚箱。

钢拱肋在距拱脚中心线水平距离3.5m处与混凝土拱座连接。拱座通过剪力钉锚入混凝土拱座内。

2) 横向联结系

两片拱肋间采用横撑连接，横撑为一字型式，全桥共3道。横撑为箱型截面，腹板高1184mm。横撑顶、底、腹板厚均为16mm，用板肋加劲，中间设置横隔板。拱肋拱脚附近顶板处开进人孔，进人孔施工完成封孔后用hm－106密封剂密封。拱脚至进人孔段拱肋顶板设爬梯。进人孔处拱内设检查梯。拱肋内在底板设有爬梯。

3) 桥面系

主桥为梁拱组合系杆拱桥，桥面系采用预应力钢筋混凝土结构，由主（系）梁、桥面板、端横梁、中横梁所组成。

主（系）梁标准截面为实体矩形截面，截面高为2.0m ,宽为1.7m，靠近拱脚处主梁梁高加高至3.0m，宽度不变。主梁外侧设置1.8m 长悬臂，靠近拱脚处加长到2.5m，悬臂板根部厚度为45cm，端部厚度为20cm。桥面板厚度采为28cm。

全桥共设20道预应力混凝土横梁，其中有2道端横梁、18道中横梁。端横梁采用实体截面，宽4.0m，跨中梁高2.95m，端部梁高2.79m，横坡2%；中横梁采用实体截面，间距5m，横梁宽0.6m，跨

中梁高1.95m，端部梁高1.79m，横坡2%。

桥面系纵向按全预应力混凝土构件设计，预应力钢束采用φ

s15.2mm高强度低松弛钢绞线，标准强度fpk=1860mpa，配套锚具采用ovm锚具，金属波纹管成孔。每个主（系）梁配置15束19φ

s15.2钢绞线，桥面板配置15束9φs15.2钢绞线。

横梁均按a 类预应力混凝土构件设计，预应力钢束采用φs15.2 mm的高强度低松弛钢绞线。配套锚具采用ovm锚具，金属波纹管成孔。每个端横梁配置6束12φs15.2钢绞线，每个中横梁配置4束9φs15.2钢绞线。

4) 吊杆

每榀拱肋设18根厂制吊杆，吊杆间距为5.0m。吊杆采用pes7-73低松弛镀锌高强钢丝成品索，外包双层高密度聚乙烯（pe）护套，三层护套，内层为黑色hdpe，中间设隔离层，外层为彩色hdpe。吊杆标准强度fpk=1670mpa。锚具采用张拉端冷铸锚锚具和固定端冷铸锚锚具，张拉端设于拱肋锚箱内，固定端设于系梁底部。梁端吊杆锚固在边系梁梁底槽口，槽口纵、横向均为0.5m，槽口中心深0.35m。拱端吊杆采用锚箱锚固。

2.2主桥下部结构

主桥主墩采用门式墩，正方形立柱边长3.m，柱顶系梁梁高2.0m；承台高3.5m，桩基为钻孔灌注桩基础，桩径1.6m。主桥支座采用大型球钢支座，支座承载力30000kn，全桥共四个。

3 主桥结构静力计算

1）采用的计算方法和内容

100m下承式钢箱拱肋简支系杆拱桥纵向离散为平面杆系单元。按“先梁后拱”的施工方法施工，即先在支架上现浇系梁、桥面板及横梁，而后在支架上拼设钢箱拱肋，拆除拱肋支架后施工吊杆，后拆除主梁临时支架，施工桥面铺装成桥。

包括成桥状态下恒载、活载、预应力、混凝土收缩徐变、基础不均匀沉降、温度变化等荷载作用的计算。计算中按有关规范规定对各种荷载进行不同的荷载组合，对结构的强度、刚度和应力做了计算，计算表明施工及运营状态在最不利荷载组合下结构受力满足规范要求。

2）计算主要结论

经计算，经过10年收缩徐变后，在长短期最不利组合下主梁全截面受压，上缘最小压应力为1.5mpa，下缘最小压应力为1.7mpa 。在运营阶段最不利组合下，主梁全截面受压，主梁上缘最大压应力为13.51mpa，下缘最大压应力10.5mpa.计算结果显示，主梁各项指标合适，结构满足规范要求。

在运营阶段最不利组合下，钢箱拱肋上缘应力130mpa，下缘应力135mpa，均满足规范要求。

在运营阶段吊索最大应力值为515mpa，应力幅为70mpa，应力最大值安全系数为3.23。满足相关规范要求。

4 施工顺序

考虑桥址处对外交通不便，且现状河道通航要求较低，本桥系杆拱采用“先梁后拱”的少支架施工方法施工。

下部结构施工，先搭设水上施工平台---钢护筒施工深水桩基---钢套箱施工承台---墩身采用翻模法分段浇筑。

上部结构施工，施工水中临时支墩并搭设主梁及横梁支架---浇筑纵横梁---分批张拉纵横梁预应力---搭设拱肋支架，吊、拼装拱肋---拱肋合拢后张拉完剩余纵向预应力---对称拆除拱肋支架---安装并对称初张拉吊杆---对称拆除主梁支架---桥面铺装，再次张拉吊杆至成桥索力---竣工验收，通车运营。

5 结语

拱桥的造型适合山区地貌，拱的柔美与重峦的刚毅相得益彰，另外现状河道对通航要求不高，采用少支架的“先梁后拱”的方案是合理可行的，相信杉花根大桥的建成必将成为县城的标志性建筑。

注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。